中科院物理所：多尺度有序多孔材料制備研究取得新進(jìn)展
2008-08-07 來源：中國聚合物網(wǎng)
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最近，中國科學(xué)院物理研究所北京凝聚態(tài)物理國家實(shí)驗(yàn)室的孟慶波研究組與中科院力學(xué)研究所研究員王育人、物理研究所研究員張道中合作，研發(fā)出一種快速紅外輔助協(xié)同自組裝方法制備多尺度有序多孔膜。該成果已申請兩項(xiàng)國家發(fā)明專利，具有100%的自主知識產(chǎn)權(quán)。相關(guān)成果發(fā)表在近期出版的J. Am. Chem. Soc. (130, 9785-9789, 2008)上。
高度有序多孔材料具有獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)——光子帶隙。它可被用于操控光的傳播，在光學(xué)器件方面有著巨大的應(yīng)用前景，如制造新型的全光開關(guān)、發(fā)光二極管、激光器、光波導(dǎo)等。同時(shí)，多尺度有序多孔膜材料可用作催化劑載體、染料敏化太陽能電池光陽極、膜反應(yīng)器等，并在離子交換、色譜分析、傳感器等方面也有潛在的應(yīng)用前景。因此，如何高效制備多尺度有序多孔材料引起了人們的廣泛關(guān)注和研究興趣。
近年來，孟慶波研究組一直致力于膠體光子晶體的自組裝方法研究，先后發(fā)展了協(xié)同自組裝法、控溫等壓自組裝法，使制備的膠體光子晶體質(zhì)量有明顯提高，同時(shí)制備時(shí)間從幾天縮短到幾個小時(shí)。但是，這些方法在快速協(xié)同自組裝有序多孔薄膜遇到了新的困難，即快速生長時(shí)納米顆粒在膠體小球間輸運(yùn)造成的阻滯效應(yīng)大大抑制了膠體小球的有序堆積，因而很難制備高質(zhì)量的有序多孔膜。
在前期工作基礎(chǔ)上，研究人員此次發(fā)展出的多尺度有序多孔材料的快速自組裝制備方法，利用特征紅外光技術(shù)加快晶體生長前沿處液體流動速率和納米顆粒的輸運(yùn)速率，既有效抑制了阻滯效應(yīng)，又不改變原有的體相生長條件，從而成功制備了多尺度有序多孔材料。這種方法同時(shí)突破了現(xiàn)有的協(xié)同自組裝法中普遍存在三個局限性：一是使組裝膠體顆粒的尺寸和材料范圍大大擴(kuò)充；二是使自組裝時(shí)間由原來的數(shù)小時(shí)縮短至30分鐘以內(nèi)；三是制備多尺度有序多孔材料質(zhì)量有非常顯著的提高。這種紅外輔助協(xié)同自組裝法具有簡單、經(jīng)濟(jì)、高效等優(yōu)點(diǎn)。為高度有序多尺度多孔材料的大規(guī)模應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也為研究膠體晶體自組裝機(jī)理提供了新的方法。
該工作得到了國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院和國家科技部項(xiàng)目的資助。
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（責(zé)任編輯：蔚藍(lán)）
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